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" Perfectionnements à l'élaboration d'acier par le procédé Bessemer basique ".
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La présente invention est relative à l'élaboration d'acier par le procédé Bessemer basique .
On a expliqué dans le brevet belge n .462.795 que, pour améliorer les propriétés de déformation à froid d'acier du type Bessemer, il est souhaitable d'abaisser à la fois la teneur en azote et la teneur en phosphore de cet acier, en comparaison de l'acier élaboré par le procédé Bessemer. Les facteurs intervenant pour réduire ou empêcher l'absorption d'azote par le vent d'air ont également été définis dans le brevet précité. La quantité d'azote absorbé dépend de la pression partielle du gaz azoté en contact avec la charge, du temps de contact entre le métal et le gaz et de la température du bain métallique, de même que de l'état de la surface de con- tact entre métal et gaz.
Dans le brevet susdit, on a décrit des méthodes pour combiner les facteurs précités dans la pratique du convertisseur, de façon à pouvoir élaborer un acier à faible teneur en azote, et on a également décrit un procédé pour l'élaboration d'acier du type Bessemer, dans lequel procédé la profondeur du bain est réduite par rapport à la pratique normale, en sorte qu'on peut utiliser un vent de faible pression, tandis qu'en même temps la zone ou surface des tuyères est augmentée, de façon à éviter de devoir prolonger ou raccourcir le temps de soufflage, le poids normal de charge étant, de préférence , maintenu, par exemple, en augmentant la superficie ou le diamètre du bain.
Le procédé décrit
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ci-avant peut, en outre, présenter l'une et/ou l'autre des particularités suivantes : a) le vent est enrichi en oxygène ou en gaz conte- nant de l'oxygène, tels que l'anhydride carbonique ; b) le bain métallique est additionné, pendant les derniers stades du soufflage, de matières contenant de l'oxygène ou une matière oxygénée et carbonacée.
La présente invention a pour objet un procédé modifié ou amélioré pour l'élaboration d'acier par le procédé Bessemer basique, particulièrement aux points de vue de l'utilisation d'un appareillage relativement peu coûteux et commode et de la production d'acier Bessemer basique à faibles teneurs en phosphore et en azote.
Les recherches effectuées par la demanderesse ont montré qu'en faisant usage de la base théorique déjà décrite dans le brevet précité, des résultats intéres- sants peuvent, en pratique, être obtenus, en mainte- nant normaux les dimensions, le nombre et l'agencement des tuyères, mais en réglant les conditions, de façon à combiner avantageusement les facteurs de pression, temps, température et état de surface, conjointement avec un abaissement de la teneur en phosphore, compa- rée à celle de l'acier Bessemer basique ordinaire.
L'invention concerne un mode d'élaboration d'acier par le procédé Bessemer basique, caractérisé par l'une ou l'autre des clauses spécifiées ci-après.
Clause 1.- Mode d'élaboration d'acier par le procé- dé Bessemer basique, comprenant le soufflage dans un convertisseur avec formation d'une seule scorie, dans lequel mode d'élaboration la profondeur du bain est diminuée, comparativement à la pratique normale, et le poids; normal de charge est maintenu ou diminué en élar- gissant le bain, tandis qu'en même temps le vent est
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enrichi en oxygène ou en oxyde, ou bien le bain est additionné d'oxydes, ou bien encore deux ou plus de deux de ces expédients sont mis en oeuvre, et la charge est soumise à un soufflage jusqu'à présenter une teneur en phosphore de 0,02 à 0,035 % ,
en sorte qu'on obtient un acier à faiblesteneurs en phosphore et en azote et dont la teneur normale en oxygène convient pour la cou- lée d'aciers à effervescence complète ou contrôlée ou d'aciers refroidis par tampon, coulés dans un moule à par- tie,supérieure en forme de bouteille, ces deux variétés d'alliages d'acier étant produites à partir du même métal;
Clause 2.- Mode d'élaboration selon la clause 1, dans lequel de l'oxyde de fer, sous forme de minerai de fer ou de bâttitures, est ajouté pendant le soufflage;
Clause 3.- Mode d'élaboration selon la clause 2, dans lequel on ajoute approximativement 75 % de la charge -totale d'oxyde de fer (minerai de fer ou bâttitures) pen- dant le présoufflage et les 25 % restants au moment de la "chute de la flamme" ;
Clause 4.- Mode d'élaboration selon l'une ou l'autre des clausés 1 à 3; dans lequel le métal est traité dans le convertisseur, la poche ou le moule par des agents désoxy- dants ou des additions d'alliage, pour la production d'a- ciers semi-calmés ou calmés ;
Clause 6.- Mode d'élaboration selon l'une ou l'autre des clauses précédentes,exécuté, en substance, comme dé- crit ci-après .
Pour la mise en oeuvre de l'invention, d'une manière générale, le bain de métal est rendu moins profond, par élargissement, de façon à maintenir le poids normal de charge. Ceci permet à la pression du vent de s'amenuiser plus vite, pendant son passage à travers la charge, et de
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diminuer, en même temps, le temps pendant lequel une par- tie quelconque du vent est en contact avec la charge.
En passant à travers la charge, les bulles ou courant: d'air oxydent cette charge, les surfaces intérieures des bulles se recouvrant d'oxyde formé par la combinaison de l'oxygène du vent avec le fer de la charge. Cette pellicule d'oxyde ou zone oxygénée est relativement imperméable au passage d'atomes d'azote dans le métal et minimise ou empêche, dès lors, l'absorption d'azote par la charge.
Il importe, dès lors, de maintenir cette pellicule d'oxyde à la surface des bulles, étant donné, que si elle n'est pas maintenue et si l'oxygène du vent est consommé de façon que de l'azote gazeux pur soit en contai avec la charge , il se produit une rapide absorption d'azote par cette charge. Les conditions doivent,par conséquent, être réglées de façon que le vent émergeant du bain métallique contienne encore un peu d'oxygène non utilisé.
Ceci est assuré conjointement par deux mesures, à savoir l'utilisation d'un bain moins profond, à l'effet de diminuer le temps de contact entre le vent et le métal, et l'enrichissement du vent en oxygène, soit par enrichissement gazeux, soit par l'addition au convertisseur d'oxydes capables d'oxyder directement la charge et, dès lors, d'empêcher, dans une certaine me- sure, la désoxydation du vent, ou encore en appliquant à la fois les deux mesures préconisées ci-avant.
La quantité d'oxygène dont le vent est enrichi et la quantité d'oxyde ajouté à la charge sont ajustées de manière convenable par rapport à la composition de la charge de fer, avec ou sans addition de quantités appropriées de mitrailles d'acier, de manière à produire un métal soufflé de température correcte, c'est-à-dire en.contrôlant la température le plus avantageusement
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afin d'éviter l'absorption d'azote par le métal,et; en assurant,, en même temps, au métal un état convenable pour la coulée.
Le poids et la proportion d'oxyde de fer ajouté à la charge sont réglés de façon à procurer des résultats intéressants, à la fois en ce qui concerne l'empêche- ment d'absorption d'azote par la charge et l'obtention de la température finale correcte pour la coulée. Norma- lement, l'oxyde de fer remplace l'addition de mitraille, que l'on pratique dans le procédé Bessemer ordinaire., L'effet de refroidissement de l'oxyde de fer est supé- rieur à celui produit par un poids égal de mitraille, en sorte que le poids équivalent d'oxyde de fer,est inférieur au poids de mitraille, que l'on doit ajouter à la charge dans la pratique normale .
La chaleur engendrée dans le bain et la température du métal soufflé final sont contrôlées dans les limites voulues par un ajustement approprié du mélange de gaz enrichis et/ou d'additions d'oxyde, par rapport à la composition de la charge.
L'application des mesures spécifiées ci-dessus produit non seulement un abaissement de la teneur en azote, comparativement à celle obtenue en soufflage normal, mais permet également l'obtention d'acier à te- neur en phosphore inférieure à sa teneur normale en phosphore . Ainsi, lorsqu'on pratique des additions de bâttitures ou de minerai de fer, les réactions de raffinage sont stimulées par oxydation directe de la charge, en sorte que, lorsque la teneur en phosphore est réduite à 0,05 %, ce qui constitue une valeur ordi- naire dans la pratique normale et bonne du procédé Bessemer, le métal traité selon la nouvelle pratique
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n'est, à ce stade, que partiellement oxydé et la scorie présente une faible teneur en oxyde de fer, étant donné qu'elle ne contient, par exemple,
que 8 % d'oxyde ferreux.
De plus, cette scorie n'est pas entièrement fluide, c'est-à- dire, qu'elle est rigide et difficile à séparer du métal.
On continue, dès lors, le soufflage pendant une brève pé- riode d'environ une demi minute, ce qui réduit la teneur en phosphore jusqu'à 0,020-0,035 % et, en même temps , oxy- de le métal et la scorie sensiblement jusqu'à la valeur normale requise pour les aciers effervescents, la scorie obtenue présentant., une fluiditié permettant de la séparer facilement du métal. La teneur en oxygène du métal et de la charge est alors sensiblement la même que dans la prati- que ordinaire du procédé Bessemer basique, la teneur en oxyde ferreux de la scorie étant d'environ 12 à 14 % .
Par les moyens spécifiés ci-dessus, on obtient un acier nouveau et amélioré, présentant une faible teneur en phosphore et en azote, comparée à celle de l'acier Bessemer basique ordinaire, tandis qu'en même temps une augmentation de la teneur en oxygène ast évitée, c'est-à- dire que, bien que, plus de phosphore soit remplacé par de l'oxygène dans le métal, aucune augmentation ne se produit dans la quantité d'oxyde de fer formé dans le mé- tal et dans la scorie, en comparaison de la pratique ordi- naire du procédé Bessemer basique .
Suivant une forme d'exécution illustrative de l'inven- tion, en pratique normale la profondeur du bain est,par exemple, de 33 pouces au début .du premier fond et de 20 pouces au début du quatrième fond, tandis que, selon la nouvelle pratique, en utilisant la même enveloppe de con- vertisseur et le même poids de charge, la profondeur du bain est de 24 1/2 pouces au début du premier fond et de
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16 1/2 pouce au début du quatrième fond.
L'augmentation du diamètre du convertisseur peut être telle que le poids normal plein de la charge soit maintenu, ce poids étant, par exemple, de 25.tonnes en pra- tique normale, tandis qu'un bain de faible profondeur est garanti . Une diminution supplémentaire de la profondeur du bain, par augmentation de la largeur de l'enveloppe du convertisseur ou par emploi d'une charge de moindre poids, produit des résultats encore meilleurs, en ce qui concerne l'abaissement de la teneur en azote de l'acier obtenu.
La vie du garnissage du convertisseur est maintenue comparable à celle du garnissage d'un convertisseur fonc- tionnant selon la pratique normale, en réalisant la partie active de ce garnissage en briques réfractaires, au lieu du mélange réfractaire monolithique normal.
En ce qui concerne les additions d'oxyde de fer à la charge, on peut employer, par exemple 90 à 140 livres an- glaises d'oxyde par tonne de fer chargé, le poids total des additions étant ajusté de manière à convenir à la composition de fer permettant la production d'une tempéra- ture finale convenable . Pour assurer l'obtention de résul- tats optimum, il est préférable d'ajouter 75% environ de cette charge totale pendant le présoufflage, c'est-à-dire environ 4 minutes après le début du soufflage, au lieu de réaliser l'addition normale de mitraille, et les 25 % restants aumomnet de la chute de la flamme . es résultats acceptables peuvent, toutefois, être obtenus en opérant les additions à d'autres moments ou en d'autres proportions.
Ainsi, la totalité des bâttitures ou du minerai de fer peut, par exemple, être ajoutée, en une seule fois, pendant le présoufflage ou même avec la charge initiale.
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Comme exemple des résultats produits par le procédé à la suite d'opérations s'étendant sur une certaine période et utilisant du fer non sélectionné spécialement et contenant de 0,46 à 1,32 % de silicium (en moyenne 0,72 %), une série de 100 soufflages consécutifs a donné les résultats moyens suivants, dans les échantillons de queue : phosphore : 0,026 % soufre 0,030 % azote : 0,0073 %
31% de ces soufflages ont été opérés en additionnant à deux reprises, la charge de bâttitures, tandis que les 69 % restants n'ont comporté qu'une seule addition,le poids de byttitures par tonne de fer soufflé s'élevant, en moyenne, à 126,6 livres anglaises.
Ces résultats ont été obtenus, en production commerciale, dans des con- ditions d'alimentation en fer et de manipulation excluant l'application des conditions optima dans tous les souffla- ges et constituant un exemple des résultats pouvant être atteints dans de telles conditions. La charge normale complète de 25 tonnes environ a été maintenue dans tous les essais et aucune altération n'a été faite à l'en- veloppe du convertisseur.
Un soufflage normal dans la même enveloppe de convertisseur, muni du garnissage normal, donne : azote : 0,015 à 0,018 % phosphore : 0,050 à 0,055 %
Les principes des modes opératoires décrits dans le présent mémoire, bien qu'applicables- à des convertis- seurs à soufflage par le fond de forme normale, sont éga- lement applicables, en tout ou en partie, aux convertis- seurs à soufflage par les côtés ou aux convertisseurs de forme spéciale .